Le carbone inorganique du sol : carbonates pédogéniques, dynamique et bilan carbone

Loin de s'opposer, le SOC et le SIC peuvent être accrus simultanément par des pratiques de gestion ciblées. Une méta-analyse récente démontre que certaines interventions agronomiques favorisent une accumulation conjointe :

• IrrigationPratique consistant à apporter artificiellement de l'eau aux cultures pour maintenir la réserve utile du sol et éviter le stress hydrique (Petiot, 2017). Un apport mal géré peut saturer le sol inutilement, augmentant les risques de ruissellement et de transfert de résidus pharmaceutiques ou de pesticides vers les nappes (Anastasia, 2022; Petiot, 2017) → Vocabulaire et Biochar : Ces pratiques favorisent une augmentation synergique dans les deux réservoirs (Liao et al., 2025).
• Altération forcée : L'application de poussière de roche (basalte, silicate) crée une interface organo-minérale cruciale. La libération de cations divalents (Ca²⁺, Mg²⁺) agit comme un pont stabilisant entre les surfaces minérales et la matière organique, augmentant la persistance du SOC face aux perturbations environnementales (Tao & Houlton, 2024). Des essais ont montré qu'une application de poussière de roche peut augmenter les stocks de SOC de 32 % (Tao & Houlton, 2024).

La durabilité du stockage est un avantage majeur du SIC, dont le taux de renouvellement dépasse des milliers d'années dans les écosystèmes naturels, contre des décennies ou des siècles pour le SOC (Tao & Houlton, 2024). Toutefois, des compromis peuvent apparaître :

• Effet de la fertilisation : L'apport d'engrais minéraux peut entraîner une perte de SIC par acidificationProcessus biogéochimique entraînant une baisse du pH du sol, causé par des facteurs naturels (lessivage, respiration racinaire) ou anthropiques (fertilisants azotés, pluies acides) (Shahane & Shivay, 2021; Wu et al., 2026). Une acidification excessive augmente la solubilité de métaux toxiques comme l'aluminium (Al³⁺), ce qui inhibe l'élongation racinaire et réduit la disponibilité des nutriments essentiels comme le calcium ou le magnésium (Enesi et al., 2023; Huang et al., 2023) → Vocabulaire (Temple et al., 2026), compensant partiellement les gains nets de carbone.
• Distribution verticale : Alors que les gains de SOC sont principalement concentrés en surface, les pertes de SIC se produisent dans la couche arable ; tandis que ses augmentations (séquestration) sont plus marquées dans les couches profondes du sol (Liao et al., 2025).

La formation de carbonates pédogéniques résulte de la réaction entre le CO₂ tellurique (issu de la respiration racinaire et microbienne) et des cations divalentsIons porteurs de deux charges positives (ex: Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺) dont l'équilibre dans la solution du sol est crucial pour la nutrition des plantes (Osmond, 1966; Parent et al., 2013). Ils entrent fréquemment en compétition pour les sites d'absorption racinaire, ce qui peut engendrer des phénomènes d'antagonisme, notamment entre le calcium et le magnésium, impactant directement le rendement des cultures (Gransee & Führs, 2012; Rácz & Radócz, 2019; Rietra et al., 2017) → Vocabulaire (Ca²⁺, Mg²⁺) présents dans la solution du sol (Batool et al., 2024 ; Khalidy et al., 2022). Des recherches récentes soulignent que l'origine de ces cations est le facteur déterminant du bilan carbone :

• Source Silicatée : Lorsque les cations proviennent de l'altération de minéraux silicatés, la réaction est unidirectionnelle et séquestre nettement du carbone atmosphérique tant dans le carbonate solide que dans les bicarbonates dissous (Monger et al., 2015).
• Source Carbonatée : Si les cations proviennent de la dissolution de carbonates préexistants (lithogéniques), le processus est cyclique. Il ne constitue un puits de carbone que si les bicarbonates restent en solution (phase aqueuse) ; leur reprécipitation en CaCO₃ solide libère alors une partie du CO₂ initialement capturé (Monger et al., 2015).

Le carbone inorganique dissous, principalement sous forme d'ions bicarbonate (HCO₃−), représente une "voie de fuite" majeure et souvent sous-estimée du cycle du carbone continental (Knapp & Tipper, 2022).

• Stœchiométrie du flux : En équilibre chimique dans les sols calcaires, environ 50 % du carbone contenu dans les bicarbonates de lessivage provient du CO₂ respiratoire (biogénique), l'autre moitié provient de la dissolution des minéraux (Kindler et al., 2010).
• Transfert et stockage profond : Ce flux de DIC migre vers les eaux souterraines puis les réseaux fluviaux, où il peut être stocké pendant des millénaires sous forme d'alcalinitéSomme algébrique des équivalents de cations conjugués de bases faibles et d'anions conjugués d'acides faibles dans une solution (Barbiéro et al., 1995). En pédologie, elle définit souvent un sol basique (pH > 7) ou riche en sodium et potassium, et peut induire une déficience en nutriments lorsque le pH se situe entre 7,3 et 9,1 (Chois, 2012; Touchart, 2010) → Vocabulaire océanique, échappant ainsi au recyclage atmosphérique rapide (Knapp & Tipper, 2022).

Les pratiques agricoles modernes accélèrent radicalement ces transferts, transformant des stocks stables depuis des millénaires en réservoirs dynamiques (Kim et al., 2020) :

• Accélération par l'irrigationPratique consistant à apporter artificiellement de l'eau aux cultures pour maintenir la réserve utile du sol et éviter le stress hydrique (Petiot, 2017). Un apport mal géré peut saturer le sol inutilement, augmentant les risques de ruissellement et de transfert de résidus pharmaceutiques ou de pesticides vers les nappes (Anastasia, 2022; Petiot, 2017) → Vocabulaire : L'apport d'eau en zone aride ou semi-aride modifie le bilan hydrique et stimule la dissolution des SIC. Des études comparatives montrent que les terres irriguées peuvent perdre entre 328 et 730 Mg C/ha de SIC par rapport aux sols sous végétation native, en raison d'un lessivage accru vers les nappes phréatiques (Kim et al., 2020).
• Empreinte du carbone moderne : L'analyse du radiocarbone (¹⁴C) révèle que le SIC de surface (0-10 cm) est nettement plus vulnérable et dynamique que celui des couches profondes. Environ 30 % du SIC de surface dans les zones arides porte une signature de carbone moderne, contre seulement 10 % en profondeur, soulignant une réactivité élevée face aux changements d'usage des terres (Wang et al., 2026).
• Synergie avec le gypse : Dans certains contextes irrigués, la présence de gypse fournit une source abondante de Ca²⁺, favorisant la précipitation de nouveaux carbonates pédogéniques, notamment sous forme de biocalcifications racinaires, ce qui pourrait être exploité comme stratégie de séquestration (Conte et al., 2025).
  Cette compréhension des flux de bicarbonates montre que le véritable potentiel de séquestration du SIC ne réside pas seulement dans la formation de cristaux visibles, mais dans l'exportation de l'alcalinité vers des réservoirs géologiques stables (Knapp & Tipper, 2022).

L'un des mécanismes les plus performants est la voie oxalato-carbonatée, qui repose sur une synergie entre les plantes oxalogènes (principalement des angiospermes), les champignons saprotrophes et les bactéries oxalotrophes (Syed et al., 2020).

• Mécanisme : Les plantes synthétisent des cristaux d'oxalate de calcium (CaC₂O₄) qui sont libérés dans le sol lors de la décomposition des tissus ou par exsudation racinaire (Altinalmazis-Kondylis et al., 2025). Des bactéries spécialisées métabolisent cet oxalate via l'enzyme oxalyl-CoA décarboxylase, générant de l'alcalinité et des bicarbonates pour la précipitationApport d'eau météorique sous forme liquide ou solide vers la surface terrestre. L'intensité des précipitations favorise le ruissellement superficiel en proportion de l'insuffisance de l'infiltration et de la capacité de rétention du sol (Anastasia, 2022). Le temps de migration du front d'humectation dans les horizons pédologiques est directement corrélé à la pluviométrie et à la conductivité hydraulique saturée (“Contrasting Effects of Rice Husk and Palm Silk Biochars on Water Infiltration and Leakage in a Phosphorus-Enriched Sandy-Loam Vegetable Soil,” 2026) → Vocabulaire du carbonate de calcium (CaCO₃) (Saha et al., 2025).
• Potentiel de séquestration : Des études récentes sur des systèmes forestiers tropicaux estiment des taux de séquestration de **0,5 à 5 t CO₂ ha⁻¹ an⁻¹ ** (Saha et al., 2025). Dans les sols acides dépourvus de carbonates naturels, comme ceux du bassin amazonien, ce mécanisme pourrait permettre une capture de carbone à l'échelle d'une gigatonne par an (Altinalmazis-Kondylis et al., 2025).

Les vers de terre, notamment la famille des Lumbricidae, agissent comme des "usines de calcification" souterraines grâce à leurs glandes calcifères œsophagiennes (Kurovsky & Babenko, 2022).

• Production de granules : Des espèces comme Lumbricus terrestris produisent entre 0,8 et 2,9 mg de granules de calcite par individu et jour (“The Potential of Earthworms in Soil Carbon Storage: A Review,” 2020). Ils sont ensuite expulsés dans le sol (“The Potential of Earthworms in Soil Carbon Storage: A Review,” 2020).
• Impact sur le bilan carbone : À l'échelle d'une parcelle, cette activité peut générer un flux de 2 à 261 kg C ha⁻¹ an⁻¹ vers le réservoir de carbone inorganique (“The Potential of Earthworms in Soil Carbon Storage: A Review,” 2020). Ces minéraux biogéniques présentent une stabilité exceptionnelle, avec une durée de vie estimée à plus de 300 000 ans dans des conditions pédoclimatiques favorables (“The Potential of Earthworms in Soil Carbon Storage: A Review,” 2020).

La précipitationApport d'eau météorique sous forme liquide ou solide vers la surface terrestre. L'intensité des précipitations favorise le ruissellement superficiel en proportion de l'insuffisance de l'infiltration et de la capacité de rétention du sol (Anastasia, 2022). Le temps de migration du front d'humectation dans les horizons pédologiques est directement corrélé à la pluviométrie et à la conductivité hydraulique saturée (“Contrasting Effects of Rice Husk and Palm Silk Biochars on Water Infiltration and Leakage in a Phosphorus-Enriched Sandy-Loam Vegetable Soil,” 2026) → Vocabulaire de carbonates par les microorganismes suit deux voies principales :

• Minéralisation biologiquement induite : Un processus passif où l'activité métabolique modifie le pH et la composition chimique du microenvironnement (Shao et al., 2023). Les polymères extracellulaires sécrétés par les bactéries servent de sites de nucléation privilégiés pour les cristaux de calcite (Görgen et al., 2020).
• Minéralisation biologiquement contrôlée : Un processus actif où les cellules régulent l'absorption des ions Ca²⁺ pour précipiter des minéraux à l'intérieur ou à la surface de leurs tissus (Shao et al., 2023). L'anhydrase carbonique joue un rôle clé en catalysant la fixation du CO₂ en CaCO₃, contribuant ainsi à réguler le pH (Iordache et al., 2020).

L'intégration du vivant dans la dynamique des carbonates souligne l'importance de la gestion de la biodiversité pour maximiser les puits de carbone. La présence de végétation est indispensable : l'absence de plantes dans les zones désertiques extrêmes entraîne une quasi-absence de carbonates pédogéniques, confirmant que les organismes vivants sont le moteur primaire de ces flux (Monger, 2025). De plus, l'interaction entre le carbone organique et inorganique est renforcée par ces processus biologiques, où les cations libérés par la biominéralisationProcessus par lequel des organismes vivants (bactéries, champignons) produisent des structures minérales ordonnées (ex: oxydes de fer ou de manganèse) via leurs activités métaboliques (Kunoh et al., 2017). Chez les bactéries ferri-oxydantes comme Leptothrix, ce processus conduit à la formation de gaines microtubulaires hybrides (organiques-inorganiques) qui protègent les cellules et influencent la dynamique minérale du sol (Kunoh et al., 2015, 2017) → Vocabulaire ou l'altération des roches favorisent la stabilisation de la matière organique par l'intermédiaire d'interactions organo-minérales (Tao & Houlton, 2024).

À l'échelle mondiale, les sols stockent environ 2305 ± 636 milliards de tonnes de carbone sous forme inorganique dans les deux premiers mètres (Huang et al., 2025). Ce réservoir, bien que massif, est vulnérable : l'acidificationProcessus biogéochimique entraînant une baisse du pH du sol, causé par des facteurs naturels (lessivage, respiration racinaire) ou anthropiques (fertilisants azotés, pluies acides) (Shahane & Shivay, 2021; Wu et al., 2026). Une acidification excessive augmente la solubilité de métaux toxiques comme l'aluminium (Al³⁺), ce qui inhibe l'élongation racinaire et réduit la disponibilité des nutriments essentiels comme le calcium ou le magnésium (Enesi et al., 2023; Huang et al., 2023) → Vocabulaire des sols liée aux apports d'azote pourrait entraîner une perte de 23 milliards de tonnes de SIC au cours des 30 prochaines années, particulièrement dans les régions à forte intensité agricole comme l'Inde et la Chine (Huang et al., 2025). Le bilan carbone net est également affecté par le transfert vers les eaux continentales, avec une perte estimée à 1,13 ± 0,33 milliard de tonnes de carbone inorganique par an (Huang et al., 2025).

Contrairement aux idées reçues qui limitaient la dynamique du SIC aux échelles de temps géologiques, des études récentes montrent une réactivité à l'échelle décennale (Kim et al., 2020).

• Impact de l'irrigationPratique consistant à apporter artificiellement de l'eau aux cultures pour maintenir la réserve utile du sol et éviter le stress hydrique (Petiot, 2017). Un apport mal géré peut saturer le sol inutilement, augmentant les risques de ruissellement et de transfert de résidus pharmaceutiques ou de pesticides vers les nappes (Anastasia, 2022; Petiot, 2017) → Vocabulaire : Dans les terres cultivées, l'augmentation des flux d'eau peut entraîner des pertes de SIC allant de 328 à 730 Mg C/ha en seulement 30 à 100 ans (Kim et al., 2020).
• Efflux de CO₂ : Lors de phases d'acidification rapide (décomposition de résidus organiques labiles), le SIC peut contribuer à hauteur de 40 % à 60 % de l'efflux total de CO₂ du sol, fonctionnant alors temporairement comme une source nette de carbone atmosphérique (Tetteh et al., 2025).

Pour surveiller ces flux, plusieurs indices géochimiques sont utilisés comme indicateurs de la dynamique des carbonatesSels de l'acide carbonique présents dans le sol sous forme minérale (calcite, dolomite), constituant le réservoir de carbone inorganique du sol (Batool et al., 2024). Ils jouent un rôle fondamental dans la régulation du pH (pouvoir tampon), la stabilisation de la structure par pontage calcique et peuvent agir comme un puits de carbone à long terme via la formation de carbonates secondaires (pédogéniques) (Ball et al., 2024; Carmi et al., 2018; Khalidy et al., 2022; Monger et al., 2015) → Vocabulaire :

• Indice de calcification : Le ratio (CaO+MgO)/Al₂O₃ est utilisé pour identifier les accumulations de carbonates pédogéniques (calcite et dolomite) (Amorosi et al., 2021). Cet indice permet de discriminer les horizons de surface (A) des horizons d'accumulation dans les paléosols et sols modernes (Amorosi et al., 2021).
• Indice d'altération chimique : Défini par la formule [Al₂O₃/(Al₂O₃+CaO+Na₂O+K₂O)]×100, il permet de mesurer le degré de lessivage des cations et, par extension, la stabilité des carbonates face à l'altération (Guo et al., 2024).
• Équation de quantification du SIC : Le contenu en SIC peut être estimé à partir des concentrations de Ca et Mg dans la fraction carbonatée par la formule : SIC=[Cacₐᵣb/40,08+Mgcₐᵣb/24,31]×12,01×10−³ (Xue et al., 2022).

La signature isotopique reste l'outil de référence pour distinguer le carbone néoformé du carbone hérité.

• Carbone 13 (δ¹³C) et Oxygène 18 (δ¹⁸O) : La précipitationApport d'eau météorique sous forme liquide ou solide vers la surface terrestre. L'intensité des précipitations favorise le ruissellement superficiel en proportion de l'insuffisance de l'infiltration et de la capacité de rétention du sol (Anastasia, 2022). Le temps de migration du front d'humectation dans les horizons pédologiques est directement corrélé à la pluviométrie et à la conductivité hydraulique saturée (“Contrasting Effects of Rice Husk and Palm Silk Biochars on Water Infiltration and Leakage in a Phosphorus-Enriched Sandy-Loam Vegetable Soil,” 2026) → Vocabulaire des carbonates capture les proportions isotopiques du réservoir de carbone inorganique dissous, reflétant les sources de CO₂ (biogénique par opposition à atmosphérique) (Francke et al., 2020).
• Datation au Carbone 14 (¹⁴C) : Les recherches indiquent que les carbonates de surface contiennent environ 30 % de carbone moderne, tandis que le sous-sol (au-delà de 10 cm) conserve des carbonates géogéniques plus stables, avec seulement 10 % d'influence du carbone moderne (Wang et al., 2026).
• Approches émergentes : L'utilisation de l'apprentissage automatique (Machine Learning (apprentissage automatique)) permet désormais de prédire la formation des carbonates pédogéniques à partir de variables hydrologiques à court terme, offrant des outils de suivi plus extensibles pour les bilans carbone nationaux (Legg & Hodges, 2025).

L'irrigationPratique consistant à apporter artificiellement de l'eau aux cultures pour maintenir la réserve utile du sol et éviter le stress hydrique (Petiot, 2017). Un apport mal géré peut saturer le sol inutilement, augmentant les risques de ruissellement et de transfert de résidus pharmaceutiques ou de pesticides vers les nappes (Anastasia, 2022; Petiot, 2017) → Vocabulaire et la fertilisation azotée constituent les deux principaux facteurs anthropiques influençant la dynamique du SIC à court terme (García et al., 2021 ; Tang et al., 2025).

• L'irrigation comme catalyseur de formation : En zone semi-aride, l'apport d'eau peut induire une accumulation préférentielle de carbonates pédogéniques représentant 31 % à 56 % du SIC total dans la couche travaillée (0-30 cm) après seulement 7 ans d'irrigation (García et al., 2021). Cependant, l'origine de l'eau et sa composition chimique sont cruciales : l'irrigation peut également libérer de grandes quantités de CO₂ abiotique (20 % à 50 % du CO₂ du sol dans certains cas) lors de la formation de calcite secondaire (Ortiz et al., 2022).
• Le risque d'acidification par l'azote : L'utilisation intensive d'engrais azotés provoque une acidification qui neutralise le SIC (Abdollahpour et al., 2025). En Chine, cette pratique a entraîné une perte de 7 % à 9 % des stocks de SIC dans les zones de culture intensive (Song et al., 2021). Une gestion optimisée de la fertilisation peut réduire ces pertes, préservant ainsi le pouvoir tampon du sol (Abdollahpour et al., 2025).
• Synergies avec les amendements : L'application de biochar ou de poussières de roches silicatées (basalte) favorise une accumulation synergique du SOC et du SIC (Liao et al., 2025 ; Tao & Houlton, 2024). La libération de cations divalents par l'altération des roches stabilise la matière organique tout en fournissant les précurseurs nécessaires à la précipitation des carbonates pédogéniques (Tao & Houlton, 2024).

Le déploiement de stratégies de séquestration du SIC nécessite des méthodes de mesure robustes, rapides et économiquement viables pour remplacer les analyses de laboratoire coûteuses.

• Spectroscopie LIBS et Vis-NIRTechnique de spectroscopie de réflectance diffuse (350–2500 nm) utilisée pour prédire rapidement les propriétés biologiques et chimiques du sol, telles que le carbone organique total, l'azote et l'humidité (Morellos et al., 2016; Stevens et al., 2013). Cette méthode à haut débit permet d'évaluer le potentiel de séquestration du carbone et de caractériser la biomasse microbienne ou l'activité enzymatique des turricules de vers de terre avec une précision comparable aux méthodes de laboratoire standard (Cécillon et al., 2008; Stevens et al., 2008) → Vocabulaire : La spectroscopie d'émission sur plasma produit par laser émerge comme une solution de pointe pour la cartographie 3D in situ du carbone total (Dwivedi et al., 2023). Cette technique permet une évaluation rapide de la distribution spatiale du carbone avec une erreur relative inférieure à 10 %, facilitant ainsi la génération de crédits carbone (Dwivedi et al., 2023 ; Babos et al., 2024). Le couplage avec le Vis-NIR permet également de prédire le pH de manière non destructive (Barra et al., 2020).
• Apprentissage automatique : L'utilisation de modèles de ML permet désormais de prédire la formation de carbonates pédogéniques à partir de données hydrologiques de court terme, réduisant la dépendance aux observations de terrain massives et facilitant le passage à l'échelle des évaluations de stocks (Legg & Hodges, 2025).
• Bilan de masse et traceurs immobiles : Pour quantifier l'altération forcée en milieu agricole, l'usage de traceurs immobiles est devenu le standard de précision (Clarkson et al., 2024).

La réactivité du SIC est hautement spécifique au site. En Méditerranée, par exemple, la perception des conseillers agricoles souligne que les carbonatesSels de l'acide carbonique présents dans le sol sous forme minérale (calcite, dolomite), constituant le réservoir de carbone inorganique du sol (Batool et al., 2024). Ils jouent un rôle fondamental dans la régulation du pH (pouvoir tampon), la stabilisation de la structure par pontage calcique et peuvent agir comme un puits de carbone à long terme via la formation de carbonates secondaires (pédogéniques) (Ball et al., 2024; Carmi et al., 2018; Khalidy et al., 2022; Monger et al., 2015) → Vocabulaire influencent non seulement le stockage de carbone, mais aussi l'agrégation du sol et la disponibilité des nutriments (Temple et al., 2026). Un suivi efficace doit donc intégrer des paramètres de santé du sol globaux pour éviter que la séquestration de carbone inorganique ne se fasse au détriment de la fertilité à long terme (Levy et al., 2024).